不锈钢无塔供水设备在生活泵节能改造上的应用

      摘 要 ：本文剖析了新一代高压变频器的原理和技能特色，以及在国电自来水厂无负压变频泵运能改造的节能状况。 

导言

      选用新式高压大功率电力电子器材、直接“高-高”方法的高压变频器，具有体积小、功率高、布局简略、作业牢靠等特色。变频设备选用不可控24脉冲移相整流和全控器材进行开关调制，具有很高的输入侧功率因数、优秀的调速功能和转矩操控功能。高压变频器通过改动电动机作业频率，在很宽的转速范围内进行高功率的转速调理，能够获得很好的节电作用，在风机和水泵的节能改造上现已得到广泛验证。

      国电自来水厂发电厂3、4号机为210MW火电机组，和 3、4号机组配备有6台6kV/570kW无负压变频泵电机，电机类型JS512-8，额外电流69A，额外转速730r/min。其间，6#无负压变频泵是二级泵，和5#无负压变频泵合作运用。在装置变频器之前，6#无负压变频泵是依据前池液面的高度决议启、停电机。

      这样就存在两方面疑问:一方面为了习惯生产技能需求，需求每天依据前池液位和冲灰管的需求不断切换、启停电机，前池液位高度得不到很好操控，而且频频工频发动电机对电机形成很大冲击; 另一方面存在节省丢失，形成电能的糟蹋。为了进一步优化无负压变频泵作业工况，节省电能，所以对6#无负压变频泵电机进行高压运能改造。 6#无负压变频泵电机在高压变频器改造之后，通过调整6#无负压变频泵变频器的作业频率（电机转速）来调整前池液面的高度，这样5#无负压变频泵能够一直在最佳功率下工频作业，然后减少了操作6#无负压变频泵开关的分合次数，减小了电机工频发动形成的冲击，进一步优化了生产技能，而且节省了电能。 

2 不锈钢无塔供水设备作业技能和运能改造技能计划 2.1 6#不锈钢无塔供水设备作业状况及运能改造技能计划

（1）在不锈钢无塔供水设备作业现场，变频器到电机之间的高压电缆常常发作单相对地放电或单相直接接地的状况。在这种状况下，要确保不能损坏变频器，而且变频器要能宣布报警停机信号以便现场人员及时处置。因而，需求变频器输出能接受单相接地的才能，相应变频器的输出滤波器电容中性点不能直接接地，而是需求通过电容接地。

（2） 由于6#不锈钢无塔供水归于二级泵，所以在发动6#无负压变频泵变频器作业之前，5#一级无负压变频泵一般现已在作业，将会推进6#无负压变频泵电机作业，变频器相当于飞车发动。所以变频器发动时需实时检测电机作业频率，依据该作业频率股动电机发动。

（3） 6#不锈钢无塔供水作业需求能对前池液位高度闭环操控，主动调理电机的转速。

（4） 由于不锈钢无塔供水作业时，在前池液位很低的时分有能够形成负荷过大乃至堵转的状况，因而需求变频器有过载才能以及过流维护措施。归纳上述要素，从目前国内、外首要的两种高压变频器拓扑布局中，挑选依据IGCT的三电平中性点箝位的拓扑布局。三电平拓扑布局具有以下长处:开关功率器材数少、IGCT开关电流大、过流才能强、布局简略、牢靠性高、适宜负载冲击较大的运用场合。

      在操控方面，无负压变频泵前池液位设置压力式水位传感器，将丈量得到水位高度信号，变换为4～20mA规范信号，由电流环接口送给变频器; 变频器计算出当时水位与操控水位之间的误差，通过变频器内置的数字PID调理器改动变频器的输出频率，调理电动机的转速，进而操控无负压变频泵前池液位的高度。
          2.2 三电平中点箝位电路原理布局图依据IGCT的三电平中性点箝位的高压变频器布局简略，主体由整流器、逆变器和滤波器组成。如图1所示，整流器选用24脉冲不控整流，由移相15°的24脉波移相整流变压器和四重三相整流桥构成，这样能够满意对输入端的电流谐波需求。直流环节由共模电抗、IGCT维护及充电限流电阻和直流电容（C1、C2）构成。 图1 三电平中点箝位变频设备电路原理布局图 三电平逆变器由di/dt吸收电路（由阳极电抗及嵌位电路组成）和12个IGCT组件构成的三电平逆变桥组成。三电平布局的变频器需求拖动6kV电机，所以变频器直流母线电压需求10kV。实践作业时，两个处于关断状况的功率组件需求接受10kV的电压，这样每个组件要接受5kV。在主开关功率器材IGCT作业耐压只要4.5kV的条件下，需求选用两只串联的方法组成一个功率组件。变频器内置输出滤波器由三相滤波电抗（La、Lb、Lc）和三相滤波电容（Ca、Cb、Cc、Cn）构成。滤波器使变频器输出到电机的电压和电流波形愈加挨近正弦波，而不需求电动机降容运用。 变频设备内部选用无熔断器布局，电路的主维护首要由维护IGCT来完成，其举措时刻在μs级。 

      2.3 新一代高压变频器操控体系的改善我公司第一代变频器选用工控机进行信号处置，操控的实时性得不到确保。由于变频器要选用优化的PWM操控算法操控电机，需求主控体系操控器具有更高的作业速度和处置才能、更大的存储器和外部信号处置端口、具有浮点运算的才能。因而，新一代的变频器操控器选用浮点数字信号处置器DSP和大规模集成电路的 FPGA相结合的计划，DSP首要担任收集的信息和运算处置，FPGA依据处置结果转化为相应的操控脉冲，操控实时性大大进步。图2是新一代高压变频器主控板的硬件框图，它与第一代操控器比较，更能习惯高功能的矢量操控算法的需求。 图2 新一代高压变频器主控体系硬件框图 

3 II期6#无负压变频泵高压变频器现场调试作业和节能剖析 

      3.1 变频器体系的操控调试无负压变频泵的流量是依据机组的负荷巨细和冲灰技能需求操控的，水流量的改变较大，有时呈阶梯状特性，水位动摇比较大。水位压力式传感器需求挑选适宜的丈量点，否则会由于水池内水流要素和水面动摇导致丈量的不安稳性。通过现场测验，挑选了水流改变不大的靠池壁方位。通过调试，建立了一个适宜的模型和PID操控参数，通过闭环盯梢水位改变，安稳操控前池液面的高度，优化了生产技能。别的，变频器还能够挑选作业在开环状况，通过电厂DCS信号操控变频器的输出频率。 

      3.2 变频器节能剖析 II期6#无负压变频泵进行运能改造的一个重要原因是节省电能。电机变频作业节能的原理在许多材料均有论说，这里不做评论。表1～2是通过II期6#无负压变频泵的工频旁路作业和变频作业的实践数据来阐明变频的节能作用。 依据以上数据，选用变频作业后，24h可节省电量9380-6360=3020kWh。选用变频器后节能32%。由以上实践作业数据能够看出:电机变频作业不只满意了技能需求，一起能节省很多电能。通过几个月的接连作业，II期6#无负压变频泵的运能改造后，节能作用显著。不锈钢无塔供水归于火电机组的共用设备，年作业时刻长，能够为电厂节省15～30%左右的动力。 

4 结束语

      自来水厂II期无负压变频泵通过运能改造后，优化了不锈钢无塔供水的作业状况和生产技能，非常好地安稳了前池液位的高度，完成了闭环主动操控，一起节省了很多电能，节能作用显着。高压变频器的操控体系和操控技能发展很快，对电机非常好功能的操控需求功能更高的主控体系渠道。尽管新一代操控体系的高压变频器首要运用到风机、水泵的变频驱动上，但它比曾经更牢靠、更能进步高压变频器的操控功能。